CC BY
6
УДК 621.317.328
DOI: 10.25206/1813-8225-2022-184-58-65
С. В. БИРЮКОВ1 С. С. КОЛМОГОРОВА2
1Омский государственный технический университет, г. Омск
2Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет, г. Санкт-Петербург
СДВОЕННЫЕ СФЕРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ С РАЗДЕЛЬНЫМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ И ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ_
Исследуется новый вид электроиндукционных сферических датчиков напряженности электрического поля, отнесенный по вновь введенному классификационному признаку к сдвоенным датчикам. В работе уделено внимание исследованию сдвоенных датчиков с раздельными чувствительными элементами. В результате исследования получена взаимосвязь между угловыми размерами чувствительных элементов сдвоенного датчика и его погрешности от неоднородности поля, поддерживаемой в максимально возможном пространственном диапазоне измерения. Эта взаимосвязь легла в основу построения математической модели сдвоенного датчика, позволившей выявить диапазоны угловых размеров чувствительных элементов датчика и его погрешностей от неоднородности электрического поля. Диапазон установленных угловых размеров чувствительных элементов первого двойного датчика 35,53°>91>33,53° и второго двойного датчика 35,53°<92<85° при 93=90° и соответствующие им диапазон погрешностей | ±0,78 | %<5< | ±9,121 и пространственный диапазон измерения 0<а<1.
Результаты проведенных исследований показывают перспективность использования сдвоенных датчиков с составными чувствительными элементами. Ключевые слова: напряженность электрического поля, измерение, одинарные датчики, двойные датчики, сдвоенные датчики, составные чувствительные элементы, погрешность от неоднородности поля, математическая модель, оптимизация.
Введение. Напряженность электрического поля — это важнейшая фундаментальная силовая характеристика электромагнитного поля. Животный и растительный мир в наше время полностью окружен электромагнитными полями. Причина тому широкое и полномасштабное развитие электроэнергетики, которая немыслима без высоковольтных энергетических систем, являющихся первоисточникам электромагнитных полей. Анализ научно-технической литературы показывает, что напряженность электрического поля оказалась не обеспеченной ни методами, ни средствами измерения. Это в первую очередь относится к средствам измерений напряженности ЭП промышленной частоты на территориях подстанций (ПС), вблизи линий электропередачи (ЛЭП), электротехнического оборудования и на поверхности высоковольтных изоляторов. Решение этой проблемы неразрывно связано с разработкой датчиков напряженности
электрического поля, в частности, электроиндукционных сферических датчиков, в основе которых лежат явления электрической индукции. Такие датчики хорошо зарекомендовали себя на практике и просты в конструктивном исполнении. Существует большое разнообразие технических решений электроиндукционных датчиков. Все технические решения таких датчиков классифицированы. К классификационным признакам датчиков отнесены: 1) чувствительность к направлению [1]; 2) число координат; 3) форма чувствительных элементов; 4) конструктивное исполнение. Согласно этой классификации датчики соответственно делятся на датчики: направленного [2 — 29] и не направленного [30 — 34] приема; одно- [2 — 26], двух- [6, 27 — 29] и трехкоординатные [30 — 35]; планарные [2—14], кубические [15—18], цилиндрические [ 18 — 20] и сферические [21—35]; одинарные [2, 4, 6, 29], двойные [3, 5 — 35] и сдвоенные [22 — 28].
Из всего этого многообразия датчиков понятие «сдвоенный датчик» [22 — 28] введено впервые [25], и оно пополнило классификационный признак, сформулированный как конструктивное исполнение датчика. Предпосылкой создания сдвоенных датчиков является разработанный авторами новый метод измерения напряженности электрического поля по среднему значению [36].
Конструктивно сдвоенные датчики состоят из двух двойных датчиков и общего сферического основания, образующих единое целое. С появлением сдвоенных датчиков возникла необходимость в формулировке нового классификационного признака — способ формирования чувствительных элементов. По этому классификационному признаку сдвоенные датчики можно разделить на датчики с накладными, составными и раздельными чувствительными элементами.
Ранее авторами были проведены исследования сдвоенных датчиков с накладными и составными чувствительными элементами [25]. Сдвоенные датчики с раздельными чувствительными элементами еще не исследованы. Поэтому дальнейшие исследования авторов будут направлены на изучение особенностей сдвоенных датчиков с раздельными чувствительными элементами с целью выявления их возможностей.
Постановка задачи. При исследовании сдвоенных датчиков с раздельными чувствительными элементами были поставлены следующих задачи:
1) провести теоретические исследования сдвоенных электроиндукционных сферических датчиков напряженности электрического поля в полях различной неоднородности и выявить конструктивные элементы датчика, влияющие на его погрешность от неоднородности поля и пространственный диапазон измерения;
2) установить взаимосвязь размеров чувствительных элементов сдвоенного датчика с раздельными чувствительными элементами с его погрешностью от неоднородности поля и пространственным диапазоном измерения;
3) составить математическую модель сдвоенного датчика с раздельными чувствительными элементами, учитывающую конструктивные размеры датчика и их взаимосвязь с погрешностью и пространственным диапазоном измерения;
4) на основе математической модели сдвоенного датчика выполнить оптимизацию конструктивных размеров его чувствительных элементов исходя из заданной погрешности от неоднородности поля и пространственного диапазона измерения.
Теория. Теория разработки сдвоенных электроиндукционных сферических датчиков напряженности ЭП основывается на теории построения одинарных и двойных сферических датчиков [37].
На рис. 1 представлены возможные варианты исполнения сдвоенных сферических датчиков с накладными (рис. 1а), составными (рис. 1б) и раздельными (рис. 1в) чувствительными элементами, состоящих из двух двойных датчиков.
Основными составными частями сдвоенных датчиков являются проводящее сферическое основание 1 и проводящие чувствительные элементы 2, 3, 4', 5' и 4, 5 (рис. 1).
Чувствительные элементы могут выполняться разной формы и с разными угловыми размерами. В датчиках в качестве геометрических форм чувствительных элементов используются сферический сегмент (чувствительные элементы 2 и 3 рис. 1),
сферический слой (чувствительные элементы 4', 5' рис. 1б и 4, 5 рис. 1в) и полусфера (чувствительные элементы 4, 5 рис. 1а). Формы и обозначения угловых размеров чувствительных элементов представлены на рис. 2.
Сдвоенный сферический датчик с накладными чувствительными элементами (см. рис. 1а) имеет первую 2, 3 и вторую 4, 5 пары чувствительных элементов. Элементы 2, 3 выполнены в форме сферических сегментов с угловым размером 61, а элементы 4, 5 — в форме, близкой к полусферам с угловыми размерами 63<90°. В таком конструктивном исполнении чувствительные элементы 4, 5 сдвоенного датчика накладываются через диэлектрическую прослойку на проводящее сферическое основание 1, а чувствительные элементы 2, 3 накладываются через диэлектрическую прослойку на чувствительные элементы 4, 5. Таким образом, формируется трехслойная структура сдвоенного датчика с накладными чувствительными элементами, изолированными друг от друга и его сферического основания (см. рис. 1а).
Сдвоенный датчик с составными чувствительными элементами состоит из проводящего сферического основания 1 и элементов 2, 3 и 4', 5' (рис. 1б). Элементы 2, 3 выполнены в форме сферических сегментов с угловым размером 61, а элементы 4', 5' выполнены в форме сферического слоя с угловыми размерами у вершины 62>61 и у основания 61<90° (см. рис. 2).
Элементы 2, 3 являются чувствительными элементами, входящими в состав первого двойного датчика и частями чувствительных элементов второго двойного датчика. Элементы 2 + 4' и 3 + 5' являются чувствительными элементами второго двойного датчика. В этом конструктивном исполнении сдвоенного датчика первый двойной датчик состоит из чувствительных элементов 2, 3. А у второго двойного датчика чувствительные элементы выполняются составными, первый чувствительный элемент которого состоит из элементов 2 + 4'^4, а второй — из элементов 3 + 5'^5. Все чувствительные элементы изолированы от проводящего сферического основания 1 и друг от друга. Таким образом, формируется сдвоенный датчик с изолированными друг от друга и сферического основания с составными чувствительными элементами (см. рис. 1б).
Сдвоенный датчик с раздельными чувствительными элементами включает в себя проводящее сферическое основание 1 и две пары чувствительных элементов 2, 3 и 4, 5 (рис. 1в), входящих в два двойных датчика соответственно. Первый двойной датчик имеет чувствительные элементы 2, 3 в форме сферических сегментов с угловыми размерами 61. Второй двойной датчик имеет чувствительные элементы 4, 5 в форме сферических слоёв с угловыми размерами у вершины 62>61 и у основания 63<90°.
Двойные сферические датчики, входящие в состав сдвоенного датчика с раздельными чувствительными элементами имеют две пары диаметрально противоположных элементов 2 и 3 и 4 и 5 (см. рис. 1в).
При внесении сдвоенного датчика в электрическое поле на его чувствительных элементах 2 и 3 первой пары, выполненных в форме сферических сегментов, индуцируются электрические заряды, с учетом погрешностей можно записать [37]
^= -3пее0К^зт^ х = 1 + (8СФ +8„ +■ 8л2)] - Ей
Рис. 2. Различные формы чувствительных элементов: а) сферический сегмент; б) сферический слой; в) полусфера
Н3(Н] = 3ея80—^ш2] х х[1 + (8еФ+8п+8нз)] • Е)].
(2)
Для чувствительны= элемантов 4 и 5 второй пары, выьолненных о форме сферических слоев, индуцируются электрические заряды, которые можно предстаиить выр=жеяиями [37]
Ь4)) = -3е8н0)2оЬ=(93 -9))е е ьш (9з с 9)) • [1 с (Кси -с ¡кв с Кн4)] -Щ;
)=] = 3е88о00О22п(93 - 02)е : (83 с 92) • [1 с (^кии с Кв с К^)] -Щ,
(3)
(4)
где в выражениях (1) и -3) зн== « —» показывает, что ЭП напревлено на чувствительные элементы = и 4, а = вы раже ниях (1) — (4) е — диэлектрическая проницаемость среды; Я — радиус сферического сегмента; е0 = 8,8510-12 ф/м — ди-электричьская постоянная; 61 — =гловой размер чувствительных элементов 2 1с К!; 62 и 63 — угловые размеры чувствительных элементов 4 и 5; 5сф — погрешность от синфазных помен и наводок,
— конструктшяняоа пог=9шно4)4ги ] = пределяемые неточностью выполнения Я, в,, 9_ и в,; 5 „, 5 , и 5 ,
12 3 н2 н3 н4
и 5н5 — погрешность от неоднородности ЭП; Б(1) — измеря==--я НЭПртженноснь ЭП,
В этом случае алго°итм снятая измерительного сигнала сводшяея а о=янот— измерению электрического заряда с помощыю усилителя заряда (интегратора тока). При таком а=гнритме сна-иу сигналу в измерительнкм =игнкле датыиеа будут присутствовать все погрешнасти, тказаннын I! выражениях (1) —(4). Следователтно, одинарные датч ики будут не защищены от синфазных помех и наводок, приводящих к значиталсны м доп олнительным погр еы1 -ностям.
Далее в работу о==ут рассмотрены особенносеи сдвоенного датчика с раздельными чувствительны-
ми элементами, построена его математическая модель, по которой будут проводиться исследования датчика по выявлению его минимальной погрешности при максимально возможном пространственном диапазоне измерения.
Сдвоенный датчик с раздельными чувствительными элементами. Сдвоенный сферический датчик с раздельными чувствительными элементами состоит из двух пар диаметрально противоположных и расположенных на одной координатной оси чувствительных элементов (см. рис. 1в). Чувствительные элементы первой пары выполнены в форме сферических сегментов (см. рис. 2а), а чувствительные элементы второй пары выполнены в форме сферических слоёв (см. рис. 2б). При таком конструктивном решении сдвоенный датчик с раздельными чувствительными элементами имеет двухслойную структуру.
Все чувствительные элементы отделены друг от друга воздушными промежутками, а от проводящего основания датчика 1 (см. рис. 1) — диэлектрической прослойкой.
Для сохранения сферической формы датчика чувствительные элементы и диэлектрическая прослойка наносятся на поверхность сферического основания тонким слоем 1<<Я (-50 нм) методом напыления с использованием нанотехнологий. Это позволяет считать поверхность датчика единой сферической поверхностью, упрощающей рассмотрение взаимодействия датчика с электрическим поле м.
При внесении сдвоенного датчика с раздельными чувс твительными элементами в электрическое поле на выходах его двойных датчиков формируются дифференциальные заряды. Алгоритм снятия сигналов с двойных датчиков сводится к формиро-в анию дифференциального заряда с помощью дифф ере нц иальных усилителей заряда (ДУЗ) [37].
Тогда с чувствительных элементов первой пары 2, 3 дифференциальный заряд будет равен разности зартдов д2(^ и д3(Ц
%2З№ = q2(t) - 83: = 8.., -8 ...
= -6всс0О^вп^ -1 1 -
Е(е),
(5)
а с чувствитеоьных элемен-оввторой пары 4, 5
Тв45(е) = В4Й-д5М = -6в£80К2р1п(Ьз -Ь)х
- Е(1).
;гт(Ь3 -92)-|1--8н4 -8н5
2
погрешности. Эта освбешгость завожена в алгоритм формиховпнья вых-дного с-)на-а сдвоенного датчика.
Суть этого впгоривма сводится к; следующему. На выхо=зв порвпго и второго двойных датчиков, входящи- в состап сдв-енного пнгьчикьг, формируются информативные сигналы, опреоеляемые выражениями (7) и (Ь):
(6)
где
Из выражеиий25) Е[(6) Ылекует, что двойные датчики при °еффоренциал-ном вюгючении коз)оляют удвоить измерительный си)нал, пзбавиться от синфазных помех ое нсводоп с ум-ныпитч погрешность, вызванную неоднородностью поля. Таким обр азом, двойные датчики обладают Ролыпе й чувствительностью и м=нкшей -поолнитчльной ш-грешностью в отличие от одинсрных датчиков.
Однако двойные электроиндукционные сфе-ричесние дит) ики оапряже=ности ЭП достигли метрологических пределчо -о доп1лнительным погрешностям, нижний пчесел кото)е1х 1ы н-едно-родных пол=х составляет ее менее ±5 %. На смену им п°ипгли сдвоенные датчике [16—18, 3-] — датчики новогв поколения (с-. )ис. 1 -. Такие датчики позволяют получить дополнительную погрешность измерения значительно меньше ±5 %. Созданию сдвоенных датчиков способствовала разработка нового метода измерений напряженности ЭП по среднему значению [36]. В основе 8н2 = метода по среднему значению лежит особенность двойных сферических датчиков с разными угловыми размерами чувствительных элементов — иметь в неоднородном поле противоположные по знаку
тв2з(е) = -евсс0о2 рвп2 - и(е),
То?45)Ь) =
= -евсСоО^впСЫз - Ь2 )-РвпЫЫ^з - Ь2 )-Е- (Ь) = рып2Ы ,
(7)
= -СвсС)0) рвп Ы3
1
рвпТЫ,,
-ипоСЫ),
(8)
ни) = и(е) .11 -
8„, -8„
= и;е) - (1 -8 о.),
(9)
напряженносте ЭП, измеренуая первым двоуным датчиком1
0
л
1 -е
о т • т Те рвп —
Т
1 -
1 - е
- ТесорЫ1 - е2
3сорТ Ы1 Т
-1
100, (10)
(
\
1 - а 2а2 sin:
01
1 + а
„2 01
3cos2 — 2
-1
• 100
(11)
погрешности от неоднородно сти ЭП одинарных датчиков 2 и 3;
8„2 + 8н3
1
3а2 sin2 0!
2 -
1 - а2
1- а2
- 2аcos0 + а2 + 2асо.0! + а
-1
• 100
(12)
суммарная погрешно,ть перво,о ,+онного датчик2;
E2(t) о E(t) • е1 +
напряженность ЭП, измеренная эторым двойным датн+ком;
: М-) • (1 + 84
(13)
8„. о
_1_
03 - 02 03 + 02
Зсо.—-- • со.—--
2 2
(1
„2 ■ 0 0 а . 0-э + 0о
2(22 :зт- 3 2 ™ 3 2
2 2
(_1_ А
д/1 - 2асов02 + а2
__1_
2/1 - 2асо.03 + а
- 1
• 100,
(14)
е
1
1
+
2
а
8
8
23
2
2
х
61
8„< =
03 — 02 03 + 02 ЗсоБ —-- • соб —-2-
(1-р2)
2 . 0о — 02 . 0 + 09
Б1П —-2 • Sln —-2
2 2
( 1 А
д/1 + 2а соб 02 + а2
__1_
д/1 + 2асоБ03 + а2
1
+ —
а
— 1
• 100 —
(15)
погрешности от неоднородности ЭП одинарных датчиков 4 и 5;
Я _ 8 н4 + 8н5
™ А —
3 а2Б1п(03 — 02)- б1П(03 — 02)
ф — 2а со б 03., + а2
_1
+ 2 а соб02 + а 1
4
112а сой 03 + а 1
—1
• 100
(16)
суммарная погрешность второго двойного датчика.
В формулах (10) — (16) а = Я/й — пространственный диапазон измерения, характеризующий степень неоднородности поля и изменяющийся от нуля до единицы, где Я — радиус сферического основания 1 датчика; й — расстояние от центра сферического основания датчика до источника поля. При а^0 поле приближается к однородному полю, а при а^1 — к сильно неоднородному.
Тогда алгоритм работы сдвоенного датчика, основанный на методе измерений напряженности ЭП по среднему значению, будет иметь вид
Ч =
км ит+кдч^т 2
E1(t) + E2(t)
= -6^8^ R2
2
:-6л88R2^ + §23 + 845 |•E(t),
(17)
где к2 и к4 — коэффициенты, устанавливающиеся при настройке -дво=нного нетчи+к в однор о дном поле, соответственно р 2в ные
к = =■
1
БШ2 0),
бш2 е, 11-
( )
(19)
бш2 е2 81п 2е,
Учтем, чт8 погрешности 523 и 545 про8ивополож-ны по знаку, тогда тыражение (17) мо2то П2ивести к виду
е = -бя880н2 • 11 + 823 845 | • д(ч
где
-6-К808Н2 • (1 + 8) • Д(([
§ = 8 23 - 8 45
(20)
(21)
погрешность от неоднородности поля сдвоенного датчика с раздельными чувствительными элементами.
Из выражения (17) следует, что нахождение среднего значения из значений, полученных первым и вторым двойным датчиком (см. выражения (7) и (8)), значительно уменьшает погрешность измерения напряженности ЭП сдвоенным датчиком. Эта особенность позволила создать сдвоенные сферические датчики, совмещающие в своей конструкции два двойных датчика.
Исследования. Воспользовавшись выражениями (12) и (16) для погрешностей двойных датчиков и сформировав из них выражение (21), для погрешности сдвоенного датчика была составлена математическая модель сдвоенного датчика. Математическая модель составлена с учетом установленной взаимосвязи угловых размеров чувствительных элементов сдвоенного датчика и его погрешностью от неоднородности поля. Эта математическая модель позволила провести исследования по оптимизации угловых размеров чувствительных элементов сдвоенного датчика с точки зрения минимальной погрешности и максимально возможного пространственного диапазона измерения. В результате математического моделирования были получены оптимальные угловые размеры чувствительных элементов сдвоенного датчика. Результаты исследований в виде графиков представлены на рис. 3, где приведены графики зависимости угловых размеров чувствительных элементов в1(5) и в2(5) при в3 = 90° от погрешности, вызванной неоднородностью поля в пространственном диапазоне 0<а<1.
Графики позволяют по заданной погрешности 5 от неоднородности поля сдвоенного датчика определить угловые размеры его чувствительных элементов, выполненных в форме сферического се гмента в1 и сферического слоя в2 при в3 = 90. Для примера, на рис. 3 показано, что сдвоенный датчик с погрешностью 5 =±4 %, поддерживаемой в пространственном диапазоне измерения 0<а<1, должен иметь угловые размеры чувствительных элементов 2, 3 и 4, 5 (см. рис. 1в), соответственно равные в1 = 34,5°, в2 = 47,5° и в3 = 90°.
х
1
2
X
1
1
2
1 + 2асоБ 03 + а
=4 =
62
2
Из рис. 3 следует, что минимально возможная погрешность 5= ±0,78 % сдвоенного датчика в пространственном диапазоне измерения 0<а<0,97 будет при выполнении угловых размеров его чувствительных элементов 2, 3 и 4, 5 соответственно 91 = 35,53°, 92 = 35,53° и 93 = 90°. Это наиболее приемлемое техническое решение для сдвоенного датчика с раздельными чувствительными элементами. Данное техническое решение рассмотрено в работе [28]. Для правильного обеспечения снятия сигналов со сдвоенного датчика используются измерительные цепи, рассмотренные в работе [38]. Одна из возможных вариантов структурных схем таких измерительных цепей сдвоенного датчика с раздельными чувствительными элементам представлена на рис. 4.
Структурная схема (рис. 4) содержит сдвоенный датчик, два дифференциальных усилителей заряда ДУЗ 1 и ДУЗ 2, два масштабных преобразователя МП 1 и МП 2 и полусумматор Дифференциальные усилители заряда преобразуют разностные заряды (д2 —д3) и (д4 —д5) в напряжения и' и и2' соответственно. Поскольку чувствительности двойных датчиков 2, 3 и 4, 5 не равны, то с помощью масштабных преобразователей в однородном поле добиваются равенства выходных напряжений и1 = и2 двойных датчиков, где и1=к •и1' и и2= к2и2'. Этим добиваются равенства чувствительностей по каждому двойному датчику. При этом масштабные преобразователи отвечают: МП 1 за коэффициент к2 выражение (18), а МП 2 — за коэффициент к4 выражение (19). Полусумматор отвечает за формирование выходного сигнала и сдвоенного датчика как среднее значение из сигналов и1 и и2 двух двойных датчиков, согласно выражению (20).
Результаты исследований. Проведенные исследования позволили обобщить угловые размеры
раздельных чувствительных элементов сдвоенного датчика, выполненных в форме сферических сегментов и сферических слоёв. Полученные результаты способствуют созданию серии сдвоенных датчиков с заданными погрешностями от неоднородности поля и пространственным диапазоном измерения. Получены графические зависимости угловых размеров 91 и 62 чувствительных элементов сдвоенного датчика от погрешности, вызванной неоднородностью поля 5. Эти зависимости позволяют изготавливать сдвоенные датчики с раздельными чувствительными элементами с погрешностью, выбираемой из неравенства |± 0,78 | % <5< ±9,12 | % и поддерживаемой во всем пространственном диапазоне измерения 0<а<1. Пример использования графических зависимостей представлен на рис. 3. Так, для сдвоенного датчика с раздельными чувствительными элементами с заданной погрешностью 5= ±4 % чувствительные элементы должны быть выполнены с угловыми размерами 61 = 34,5° и 62 = 47,5° при 63 = 90°. Так можно поступать для выполнения любой реализации сдвоенного датчика с раздельными чувствительными элементами.
Однако наилучшим решением построения сдвоенного датчика с раздельными чувствительными элементами будет решение, при котором чувствительные элементы выполняются с угловыми размерами 91 = 35,53° и 92 = 35,53° при 93 = 90°. При таких угловых размерах погрешность датчика составит 5= ±0,78 % в пространственном диапазоне 0<а<0,97.
Выводы и заключения. Результаты проведенных в работе исследований показывают перспективность использования сдвоенных датчиков с раздельными чувствительными элементами и ранее рассмотренных автором в других работах датчиков с накладными и составными чувствительными эле-
35.7 35.5 35.3 35.1 34.9 34.7 34.5' 34.3 34.1 33.9 33.7 33.5
ч
\
0 78 Ой 7< 9, 12
>
5, %
Н, град
Г,
0 л 0< а< 1 9, 12
N X
3,%
а)
б)
Рис. 3. Графики зависимости угловых размеров составных чувствительных элементов сдвоенного датчика от погрешности, вызванной неоднородностью поля: а) зависимость 6Д5); б) зависимость 02(5)
Рис. 4. Структурная схема измерительной цепи сдвоенного датчика с раздельными чувствительными элементами
ментами. Сдвоенные датчики без усложнения процесса измерений позволяет значительно снизить погрешность от неоднородности электрических полей и могут использоваться в широком пространственном диапазоне измерения.
В заключение хотелось бы отметить целесообразность использования сдвоенных датчиков для построения новых средств измерения напряженности электрических полей с повышенными метрологическими характеристиками.
Библиографический список
1. ГОСТ Р 51070-97. Государственный стандарт Российской Федерации. Измерители напряженности электрического и магнитного полей. Общие технические требования и методы испытаний. Введ. 1998 — 01 — 01. Москва: Изд-во стандартов, 1997. 16 с.
2. Biryukov S. V., Korolyova M. A. Electroinduction disk sensor of electric field strength // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 944. P. 012017-1-012017-8. DOI: 10.1088/17426596/944/1/012017.
3. Берент Г. Н., Плейс И. Р. Датчик электрического поля // Приборы для научных исследований. 1971. № 6. С. 141-142.
4. Qin R., Yang Z., An L. [et al.]. Design of high voltage electric field measurement based on parallel plate sensor // Electrical Application. 2016. Vol. 19. P. 72-78.
5. Zhang T., Fang Z., Chen T. [et al.]. Application of spherical electric field measurement system in the field of high voltage measurement // Electrical Measurement and Instrumentation. 2007. Vol. 44, № 11. P. 11-16.
6. Suo C., Ran W., Wenbin Z. [et al.]. Research on the Three-Dimensional Power Freguency Electric Field Measurement System // Journal of Sensor. 2021. Vol. 6. 8859022. 15 p. DOI: 10.1155/2021/8859022.
7. Пат. 181781 Российская Федерация, МПК G 01 R 29/12. Датчик напряженности электрического поля / Бирюков С. В., Колмогоров А. С., Колмогорова С. С. № 2018115125; заявл. 23.04.18; опубл. 26.07.18, Бюл № 21.
8. Renno N. O., Arbor A. Rotating electric-field sensor. US Patent 2011/0062968; filed June 2nd, 2009; published March 17th, 2011.
9. А. с. 1273845 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Способ измерения напряженности электрического поля / Цагарели Н. И. № 3885485/24-21; заявл. 19.04.85; опубл. 30.11.86. Бюл. № 44.
10. А. с. 1173352 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Цифровое устройство для измерения напряженности электрического поля / Цагарели Н. И. № 3560165/24-21; заявл. 24.12.82; опубл. 15.08.85. Бюл. № 30.
11. А. с. 1257568 СССР, МКИ G 01R 29/12. Устройство для измерения напряженности электрического поля / Цагаре-ли Н. И. № 3800418/24-21; заявл. 12.10.84; опубл. 15.09.86. Бюл. № 34.
12. Vesteen R. E. Electric field meter. US Patent 3.873.919; filed February 11th, 1974; published March 25th, 1975.
13. Xioa D., Ma Q., Xie Y. A Pawer-Frequency Electric Field Sensor for Portable Measurement // Sensor (Basel). 2018. № 18 (4). P. 1053. DOI: 10.3390/s18041053.
14. Xioa D., Ma Q., Xie Y. A Pawer-Frequency Electric Field Sensor for Portable Measurement // Sensor (Basel). 2018. № 18 (4). P. 1053. DOI: 10.3390/s18041053.
15. Гатман С. Двойной измеритель электрического поля с защитой // Приборы для научных исследований. 1968. № 1. С. 45-49.
16. Praft W. R. Accuracy of spherical sensor for the measurement of three-dimensional electric fields // Fifth International Symposium on High Voltage Engenering. 1987. Vol. 32, № 5. P. 83-92.
17. Pittman P., Stanford R. A. Electric field sensor. US Patent 3.641.427; filed September 2th, 1969; published February 08th, 1972.
18. Щигловский К. Б., Аксельрод В. С. Приборы для измерения параметров электростатического поля и их калибровка // Измерительная техника. 1978. № 5. С. 63 — 65.
19. Tan X., Sun H., Suo C. [et al.]. Research of electrostatic field measurement sensors // Ferroelectrics. 2019. Vol. 549. P. 172-183. DOI: 10.1080/00150193.2019.1592558.
20. Fang Y.-T., Wang Y.-Y., Xia J. Large-range electric field sensor based on parity-time symmetry cavity structure // Acta Physica Sinica. 2019. Vol. 68. 194201. DOI: 10.7498/ aps.68.20190784.
21. Misakian M., Kotter F. R., Kahler R. L. Miniature ELF Electric Field Probe // Instruments for scientific research. 1978. Vol. 49 (7). P. 933-935. DOI: 10.1063/1.1135497.
22. Пат. 207464 Российская Федерация, Mm G 01 R 29/12. Устройство для измерения напряженности электрического поля со сдвоенным датчиком / Бирюков С. В., Тюкина Л. В., Эйсмонт H. Г. № 2021111582; заявл. 23.04.21; опубл. 28.10.21, Бюл № 31.
23. Пат. 207465 Российская Федерация, Mm G 01 R 29/12. Устройство для измерения напряженности электрического поля со сдвоенным датчиком / Бирюков С. В., Тюкина Л. В., Даньшина В. В. № 2021111599; заявл. 23.04.21; опубл. 28.10.21, Бюл № 31.
24. Пат. 211166 U1 Российская Федерация, Mm G01R 29/12. Сдвоенный датчик для измерения напряженности электрического поля / Бирюков С. В., Тюкина Л. В. № 2022101440; заявл. 24.01.22; опубл. 24.05.22. Бюл. 15.
25. Бирюков С. В., Тюкина Л. В., Тюкин А. В. Сдвоенные сферические датчики напряженности низкочастотных электрических полей нового поколения // Омский научный вестник. 2021. № 5 (179). С. 62-67. DOI: 10.25206/1813-8225-2021179-62-67.
26. Пат. 175038. Российская Федерация, Mm G 01 R 29/12. Датчик напряженности электрического поля / Бирюков С. В. № 2017118612; заявл. 29.05.17; опубл. 16.11.17, Бюл. № 32.
27. Пат. 2768200 Российская Федерация, Mm G 01 R 29/12. Сдвоенный датчик составляющих вектора напряженности электрического поля / Бирюков С. В., Тюкина Л. В., Эйсмонт H. Г. № 2021111582; заявл. 23.04.21; опубл. 28.10.21, Бюл. № 31.
28. Пат. 211166 Российская Федерация, Mm G 01 R 29/12. Сдвоенный датчик для измерения напряженности электрического поля / Бирюков С. В., Тюкина Л. В. № 202210440; заявл. 24.01.22; опубл. 24.05.22, Бюл. № 15.
29. Дез Ж., Пиррот П. Расчет и измерение напряженности электрического поля вблизи устройств высокого напряжения // Влияние электроустановок высокого напряжения на окружающую среду / под ред. Ю. П. Шкарина. Mосква: Энергия, 1979. С. 10-19.
30. Mихайляну С., Mунтяну С., Данкила M. [и др.]. Измерение электрического поля вблизи оборудования высокого напряжения и оценка его биологического и физиологического влияния // Влияние электроустановок высокого напряжения на окружающую среду / под ред. Ю. П. Шкарина. Mосква: Энергия,1979. С. 33-41.
31. Pop E., Criçans S., Stoica V. Mäsurarea intensitajii cîmpului electric alternativ // Metrologia aplicatä. 1975. Vol. 22, № 2. Р. 73-81.
32. Фридман Д. Е., Курзон Ф. Л., Фили M. [и др.]. Газоразрядный измеритель электрического поля // Приборы для научных исследований. 1982. № 8. С. 167-172.
33. Ramirez J., Pacheco M., Rodriguez J. G. G. A device for the X-Y measurement of electric fields // Measurement Science Technique. 1994. Vol. 5, № 5. P. 1436-1442. DOI: 10.1088/09570233/5/12/003.
34. А. с. 1401407 СССР, G 01R 29/12. Датчик напряженности электрического поля / Юркевич В. M., Климашев-ский И. Л., Полетаев В. А., Сидоров И. А. № 4114543/24-09; заявл. 09.09.86; опубл. 07.06.88. Бюл. № 21.
35. Baicry M., Le Prado M. Device for measuring an electric field in a conducting medium and method of calibrating such a device. US Patent № US20160238646 A1, USA, / № US 15/045,445; filed February 17th, 2016; published August 18th, 2017.
36. Бирюков С. В., Тюкина Л. В. Модернизированный метод измерения напряженности электрического поля по среднему значению сдвоенными датчиками и устройства его реализации // Динамика систем, механизмов и машин. 2021. Т. 9, № 3. С. 64-72. DOI: 10.25206/2310-9793-9-3-64-72.
37. Бирюков С. В. Измерение напряженности электрических полей в диэлектрических средах электроиндукционными датчиками. Методы и средства измерений: моногр. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. 196 с.
38. Бирюков С. В., Тюкина Л. В., Тюкин А. В. Измерительные цепи сдвоенных электроиндукционных сферических датчиков напряженности электрического поля замкнутой конфигурации // Омский научный вестник. 2022. № 2 (182). С. 102-109. DOI: 10.25206/1813-8225-2022-182-102-109.
БИРЮКОВ Сергей Владимирович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры физики Омского государственного технического университета, г. Омск.
SPIN-код: 9384-0078 ORCID: 0000-0002-1362-9911 AuthorlD (SCOPUS): 7006438919
КОЛМОГОРОВА Светлана Сергеевна, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры информационных систем и технологий Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета, г. Санкт-Петербург. SPIN-код: 4216-9920 ORCID: 0000-0001-8032-0095 ResearcherID: E-4652-2017
Для цитирования
Бирюков С. В., Колмогорова С. С. Сдвоенные сферические датчики напряженности электрического поля с раздельными чувствительными элементами и их исследования // Омский научный вестник. 2022. № 4 (184). С. 58-65. DOI: 10.25206/1813-8225-2022-184-58-65.
Статья поступила в редакцию 21.07.2022 г. © С. В. Бирюков, С. С. Колмогорова
